JP3509188B2

JP3509188B2 - 化学機械研磨用微粒子の製造方法及びこれを用いた研磨方法

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Publication number: JP3509188B2
Application number: JP13998994A
Authority: JP
Inventors: 雅和室山
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Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 2004-03-22
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Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置の製
造プロセス中、化学機械研磨（ＣＭＰ）工程に用いられ
るスラリーに含有される化学機械研磨用微粒子の粒径や
形状が高度に制御可能な化学機械研磨用微粒子の製造方
法、さらに、この化学機械研磨用微粒子を含有するスラ
リーを用いた、被研磨材に損傷を与えない研磨方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の分野ではデバイスの
大容量化が進んでおり、チップ面積をなるべく小さくし
て大容量化を図るために多層配線技術が重要なものとな
っている。この多層配線技術においては、下地の平坦化
が必要となる。下地に凹凸があると、これにより段差が
生じ、この段差上に形成される配線が切れる、いわゆる
段切れ等の不都合が発生するからである。この平坦化を
良好に行うには、初期工程からの平坦化が重要である。

【０００３】一般的な半導体装置の製造プロセスにおい
て、最初に基板上に凹凸が発生し得る工程は素子分離工
程である。素子分離領域は、例えば、シリコン基板の選
択酸化、いわゆるＬＯＣＯＳ法により形成されるが、こ
の方法により形成された素子分離領域は素子形成領域よ
り一段高くなるのが普通である。そこで、素子分離工程
における凹凸の発生を防止するために、トレンチアイソ
レーションによる平坦化が提案されている。トレンチア
イソレーションとは、半導体基板に形成した溝（トレン
チ）に絶縁膜を埋め込んで素子分離を行うものである。
そして、上記絶縁膜を埋め込んだ後、溝以外に形成され
た絶縁膜よりなる凸部を除去することにより基板表面を
平坦化する。

【０００４】上記絶縁膜よりなる凸部の除去には、化学
機械研磨（以下、ＣＭＰとする。）が適用されている。
この研磨方法においては、回転定盤に張着された研磨布
上にスラリーを供給しながら、該研磨布に上述のように
して絶縁膜が形成されたウェハの被研磨面を摺接させ
て、ウェハの平坦化を行う。

【０００５】なお、スラリーとしては、通常、粒径１０
ｎｍ程度のシリカ（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化セリウム（Ｃ
ｅＯ₂）等の金属酸化物よりなる研磨用微粒子を水酸化
カリウム水溶液等に分散させたものが用いられている。
上述の金属酸化物は一般に高温気相加水分解によって形
成される。例えば、酸素／水素バーナーによる１０００
℃以上の炎の中にジククロシランを導入して高温気相加
水分解を起こさせると、粉末状のヒュームドシリカが得
られる。

【０００６】ここで、図２，図３，図４を用い、トレン
チアイソレーションの形成工程にＣＭＰを適用した例に
ついて説明する。先ず、図２に示すように、シリコン基
板１１上に薄いシリコン酸化膜１２およびシリコン窒化
膜１３を形成した後、フォトリソグラフィおよび反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）により溝１５を形成し、そ
の後、熱酸化により溝１５の底面および側面に内壁酸化
膜１４を形成する。

【０００７】次いで、図３に示すように、有機Ｓｉ化合
物であるテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いたプ
ラズマＣＶＤにより酸化シリコン膜よりなる絶縁膜１６
を形成する。

【０００８】さらに、溝１５より上部にある絶縁膜１６
を例えばシリコン窒化膜１３をストッパーとして、ＣＭ
Ｐにより研磨除去すると、図４に示すように絶縁膜１６
が平坦化され、溝１５の内部に埋め込まれた状態とな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のＣＭ
Ｐに用いられるスラリーに含有される研磨用微粒子は、
高温気相加水分解にて形成されたために、不定形状をし
ており、その粒子表面の凹凸も大きい。また、その粒度
分布は、平均粒度±１００％以上にも及び、粒径が不均
一である。

【００１０】そして、このように凹凸が大きく、粒度分
布も大きな研磨用微粒子を含有するスラリーを用いてウ
ェハの研磨を行うと、ウェハの被研磨面にスクラッチ等
の物理的損傷を与えやすい。そして、被研磨面にスクラ
ッチを有するウェハに対して、研磨後のスラリーの除去
工程としてＨＦ処理を行うと、このスクラッチからウェ
ハの侵食が起こり、被研磨面が粗面化してしまうことが
ある。特に、半導体装置の製造プロセスにおける平坦化
工程には、非常に厳密な平坦化が必要とされているた
め、上述のような被研磨面の粗面化は、例えば、次工程
である配線形成の信頼性を劣化させることにもつなが
る。

【００１１】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、基板の被研磨面に物理的損傷
を与えることなく研磨を行えるように、表面凹凸が小さ
く、粒径の揃った化学機械研磨用微粒子の製造方法を提
供することを目的とする。さらに、この化学機械研磨用
微粒子を含有するスラリーを用いた研磨方法を提供する
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の目的を達
成するために提案されたものである。本発明では、少な
くとも１種類の金属酸化物系化合物より構成されてな
り、粒度分布が平均粒度±５０％以内に抑えられ、形状
が略真球状のものを得る。

【００１３】この化学機械研磨用微粒子は、硬度の異な
る２種類以上の金属酸化物系化合物より構成されてもよ
い。この場合、化学機械研磨用微粒子が２種類以上の金
属酸化物系化合物の混合物あるいは混晶とされてもよい
し、相対的に硬度の小さい金属酸化物系化合物の微粒子
が相対的に硬度の大きい金属酸化物系化合物の層で被覆
された構成とされてもよい。なお、このような金属酸化
物系化合物の材料や構造の違いによって、化学機械研磨
用微粒子としての硬度が制御できる。

【００１４】前記金属酸化物系化合物としては、金属−
酸素原子間結合から構成される化合物であれば、必ずし
も化学量論的な組成を有する金属酸化物でなくともよ
く、例えば、Ｓｉ，Ｇｅ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｅ等の金属原
子と酸素原子との間の結合によって構成される化合物で
あればよい。

【００１５】本発明に係る化学機械研磨用微粒子の製造
方法は、金属−酸素原子間結合を有する少なくとも１種
類の有機金属化合物を水相中に形成したミセル内に分散
させ乳化重合させて生成される金属酸化物系化合物によ
って構成され、粒度分布が平均粒度±５０％以内に抑え
られ、形状が略真球状に形成された化学機械研磨用微粒
子を生成することを特徴とする。

【００１６】硬度の異なる２種類以上の金属酸化物系化
合物より構成される化学機械研磨用微粒子を製造するに
は、金属−酸素原子間結合を有する少なくとも２種類の
有機金属化合物を水相中に形成したミセル内に分散させ
乳化重合させる。例えば、２種類以上の金属酸化物系化
合物の混合物あるいは混晶よりなる化学機械研磨用微粒
子を製造する場合には、各金属酸化物系化合物の原料と
なる少なくとも１種類以上の有機金属化合物を同時に乳
化重合させればよい。

【００１７】金属酸化物系化合物の微粒子の周囲に、こ
の金属酸化物系化合物の微粒子の硬度に対して相対的に
硬度の大きい金属酸化物系化合物の層で被覆された化学
機械研磨用微粒子を製造する場合には、先ず、相対的に
硬度の小さい金属酸化物系化合物の微粒子を、ミセル内
で金属−酸素原子間結合を有する有機金属化合物を乳化
重合させて生成させた後、該微粒子の周囲に相対的に硬
度の大きい金属酸化物系化合物をミセル内で乳化重合さ
せて生成させればよい。

【００１８】ところで、金属酸化物系化合物を乳化重合
法により生成させるには、例えば、先ず、水相中に界面
活性剤と該水相に不溶の溶媒よりなるミセルを形成し、
金属酸化物系化合物の原料となる有機金属化合物を上記
ミセル内に分散させ、ミセル内への水の浸透によって有
機金属化合物に加水分解を起こさせればよい。なお、有
機金属化合物としては、金属原子が有する結合手の全て
が酸素原子と結合しており、該酸素原子を介して金属原
子に有機置換基が結合するような分子構造を有している
ことが好ましい。このような分子構造を有する有機金属
化合物は、加水分解によって有機置換基が脱離すること
によって、金属−酸素結合を繰り返す化学構造を有する
金属酸化物系化合物となる。

【００１９】このようにミセル内にて加水分解を進行さ
せると、周囲から均一な圧力を受けて略真球状となされ
たミセル形状に従って、生成された金属酸化物系化合物
の粒子形状も略真球状となる。また、このミセルの大き
さによって、この内部で生成される金属酸化物系化合物
の粒径も規制できる。

【００２０】なお、生成された金属酸化物系化合物の組
成や硬度は、原料として用いる有機金属化合物の分子構
造や加水分解の条件等によっても制御できるが、生成
後、焼成することにより、化学量論的な組成に近づける
ことができ、硬度も高められる。

【００２１】原料である有機金属化合物としては、Ｓ
ｉ，Ｇｅ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｅ等の金属原子を含有してい
るものが使用可能であり、これらを用いた場合、各々、
Ｓｉ，Ｇｅ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｃｅ等の金属−酸素原子間結
合より構成される金属酸化物系化合物が生成される。特
に、Ｓｉ原子を含有する金属酸化物系化合物は、化学機
械研磨用微粒子として適用しやすい。なお、Ｓｉ原子を
含有する金属酸化物系化合物を生成するには、Ｓｉ原子
の４つの結合手の全てがＯ原子を介して有機置換基に結
合する有機Ｓｉ化合物を原料として用いて好適である。
具体的には、テトラメトキシシラン，テトラエトキシシ
ラン，テトライソプロポキシシラン，テトラターシャル
ブトキシシラン等のアルコキシシラン、ジイソプロポキ
シジアセトキシシラン等のアルコキシアセトキシシラ
ン、ヘキサメチルジシロキサン等の鎖状ポリシロキサ
ン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、テトラメチ
ルシクロテロラシロキサン等の環状ポリシロキサン等が
挙げられる。

【００２２】なお、金属酸化物系化合物を乳化重合にて
生成中、重合停止剤を添加することにより反応を停止さ
せ、金属酸化物系化合物の粒度の制御を行ってもよい。
重合停止剤は、金属酸化物系化合物の原料である有機金
属化合物と同一の金属原子を含有し、この金属原子が有
する結合手のうち１つが酸素原子を介して有機置換基に
結合し、他の全ての結合手には有機置換基が直接結合す
るような分子構造を有する有機金属化合物であることが
好ましい。このような重合停止剤を添加すれば、酸素原
子を介して有機置換基が結合している結合手は、原料で
ある有機金属化合物同士の反応生成物と結合するが、有
機置換基が直接結合している結合手は、上記反応生成物
とは結合できないので、結果的に、原料である有機金属
化合物同士がそれ以上反応できなくなる。例えば、Ｓｉ
原子を含有する金属酸化物系化合物同士を反応させて金
属酸化物系化合物を生成させている場合には、トリエチ
ルメトキシシラン等、１つのアルコキシル基と、３つの
アルキル基を有する化合物を重合停止剤として用いるこ
とにより、反応を停止させることができる。

【００２３】水相中にミセルを形成するために用いられ
る界面活性剤の材料としては、ポリエチレングリコール
や多価アルコールを親水基としたエーテルまたはエステ
ル、ソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸モノグリセリド
等の非イオン活性剤や従来公知の陽性イオン活性剤が使
用可能である。例示するならば、非イオン活性剤とし
て、ステアリン酸、ステアリン酸ポリエチレンオキシ
ド、ラウリン酸ポリエチレンオキシド、ノニルフェノー
ルエチレンオキシド、オレイン酸ポリエチレンオキシ
ド、ステアリルアミンエチレンオキシド、オレイン酸ア
ミドエチレンオキシド、ポリプロピレングリコールエチ
レンオキシド、グリセリンラウリン酸モノエステル、ペ
ンタエリスリトールモノステアリン酸エステル、ソルビ
ットパルミチン酸モノエステル、ラウリン酸ジエタノー
ルアミド等が挙げられる。陽性イオン活性剤として、ジ
メチルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニ
ウムクロライド、ラウリルメチルアンモニウムクロライ
ド、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、モノ
エタノールアミンモノステアレート、トリエタノールア
ミンモノステアレート、ヒドロキシエチルステアリルア
ミン等が挙げられる。

【００２４】なお、上述の金属酸化物系化合物を生成す
るには、乳化重合法の代わりに懸濁重合法を適用しても
よい。この場合にも、懸濁度を調整することによって粒
径を制御することが可能である。また、懸濁液の安定性
については、撹拌またはバブリング等で維持可能であ
る。

【００２５】そして、本発明に係る研磨方法は、上述し
たようにして製造される化学機械研磨用微粒子を含有す
るスラリーを化学機械研磨による基板の平坦化に用いる
ものである。

【００２６】化学機械研磨は、回転定盤上に張設された
研磨布やスラリー中の化学機械研磨用微粒子と基板の被
研磨面とが摺接することによる機械的な研磨力と、スラ
リー中のアルカリ水溶液による溶解反応等による化学的
な研磨力との相乗効果によって進むものである。上述の
化学機械研磨用微粒子は上記スラリーにおいてアルカリ
水溶液等の研磨液に分散されている。この化学機械研磨
用微粒子として上述したように粒径が均一で、略真球状
のものを用いると、化学機械研磨用微粒子が基板の被研
磨面に均一な研磨力にて摺接するため、該基板の被研磨
面にスクラッチを生じさせにくい。

【００２７】このような研磨は、半導体装置の製造プロ
セスに用いられて好適であり、例えば、平坦化された素
子分離領域を形成するに際し、溝を有する半導体基板上
に形成された絶縁膜の該溝より上方部分を除去する場合
に適用できる。また、上下配線間の接続を図るための接
続孔に導電材料を埋め込む、いわゆる埋め込みプラグを
形成する場合にも有効である。なお、前者の場合、溝以
外の基板表面には絶縁膜より研磨レートの遅い耐摩耗性
の層が形成され、後者の場合、接続孔以外の基板表面に
は導電材料層よりも研磨レートの遅い耐摩耗性の層が形
成され、それぞれ該耐摩耗性の層が研磨に対してストッ
パとされるとよい。さらに、段差を有するウェハ上に形
成された絶縁膜を平坦化するに際して本発明を適用して
もよい。

【００２８】

【作用】本発明の化学機械研磨用微粒子の製造方法を適
用して、金属−酸素原子間結合を有する有機金属化合物
を水相中に形成したミセル内で乳化重合させて金属酸化
物系化合物を生成させると、粒径が均一化され、且つ形
状が略真球状の金属酸化物系化合物を容易に生成でき
る。

【００２９】粒径が均一化できるのは、ミセルの大きさ
が水相中の水に不溶な溶媒の種類や添加量、界面活性剤
の種類や添加量、撹拌速度等の種々の条件によって制御
でき、該ミセルの大きさによって、この内部にて生成す
る金属酸化物系化合物の粒径も規制できるためである。
また、形状が略真球状となるのは、ミセルがその周囲か
ら均一な圧力を受けて略真球状となっているためであ
る。

【００３０】さらに、本発明を適用することにより、製
造された化学機械研磨用微粒子の硬度も制御できる。１
種類の有機金属化合物を原料として金属酸化物系化合物
を生成する場合には、原料の選択によって硬度が異なる
ものを得ることが可能であり、２種類以上の有機金属化
合物を用いて２種類以上の金属酸化物系化合物をそれぞ
れ生成させ、混合物あるいは混晶からなる化学機械研磨
用微粒子を製造する場合には、原料の選択およびその混
合比により硬度を制御することが可能となる。また、あ
る有機金属化合物を原料として金属酸化物系化合物を生
成した後、その周囲に異なる有機金属化合物を原料とし
て金属酸化物系化合物を生成させて化学機械研磨用微粒
子を製造する場合にも、それぞれ原料の選択、それぞれ
の金属酸化物系化合物の量によって硬度を制御すること
が可能となる。

【００３１】そして、本発明を適用して、粒径が均一
で、形状が略真球状の化学機械研磨用微粒子を用いた化
学機械研磨を行うと、該化学機械研磨用微粒子を基板の
被研磨面に均一な研磨力にて摺接させることができる。
また、化学機械研磨用微粒子の硬度が最適化できるた
め、研磨力や研磨速度をも最適化できる。このため、基
板の被研磨面におけるスクラッチの発生が抑制できる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明に係る化学機械研磨用微粒子と
その製造方法、これを用いた研磨方法について、具体的
な実施例を挙げて説明する。

【００３３】実施例１以下、化学機械研磨用微粒子の製造方法の例および製造
された化学機械研磨用微粒子の特性について説明する。
本実施例では、Ｓｉ−Ｏ結合より構成されるＳｉ酸化物
系化合物よりなる化学機械研磨用微粒子を製造した。

【００３４】具体的には、先ず、１ｌの純水に、１０ｍ
ｌのｎ−ヘキサンを、１ｍｌのステアリン酸を添加して
撹拌し、ミセルを形成した。なお、形成されたミセルの
大きさは、平均１０ｎｍであった。その後、テトラエト
キシシランを１０ｍｌ添加して、上記ミセル内に分散さ
せた後、１００℃に加熱した。これによって、ミセル内
へ水が浸透し、加水分解反応が進行して、Ｓｉ酸化物系
化合物が生成した。

【００３５】反応終了後、上記Ｓｉ酸化物系化合物を水
洗し、ｎ−ヘキサンおよびステアリン酸を除去し、続い
て、得られたＳｉ酸化物系材料を８００℃にて３０分焼
成した。

【００３６】上述のようにして、Ｓｉ酸化物系化合物よ
りなる化学機械研磨用微粒子が得られた。なお、光散乱
法にて粒径を測定した結果、１０ｎｍ±５０％であり、
電子顕微鏡にて観察したところ、形状は略真球状であっ
た。

【００３７】実施例２本実施例においては、実施例１にて製造されたものより
もさらに粒径が均一化された化学機械研磨用微粒子を製
造した。

【００３８】具体的には、先ず、１ｌの純水に１０ｍｌ
のｎ−ヘキサン、０．５ｍｌのペンタエリスリトールモ
ノステアリン酸エステルを添加して撹拌し、ミセルを形
成した。なお、形成されたミセルの大きさは、平均１０
ｎｍであった。その後、テトラメチルシクロテトラシロ
キサンを１０ｍｌ添加して、上記ミセル内に分散させた
後、１００℃に加熱した。これによって、ミセル内へ水
が浸透し、加水分解反応が起こり、Ｓｉ酸化物系化合物
の生成が開始された。さらに、本実施例においては、３
０分後、重合停止剤としてトリメチルエトキシシランを
１ｍｌ添加して、加水分解反応を停止させた。

【００３９】その後、水洗してｎ−ヘキサンおよびペン
タエリスリトールモノステアリン酸エステルを除去し、
続いて、得られたＳｉ酸化物系材料を８００℃にて３０
分焼成した。

【００４０】上述のようにして、Ｓｉ酸化物系化合物よ
りなる化学機械研磨用微粒子が得られた。なお、光散乱
法にて粒径を測定した結果、１０ｎｍ±２０％であり、
電子顕微鏡にて観察したところ、形状は略真球状であっ
た。

【００４１】なお、本実施例では重合停止剤の添加によ
り、加水分解よりる反応時間を規制したために、実施例
１よりもさらに粒径の均一化された化学機械研磨用微粒
子を製造できた。

【００４２】実施例３本実施例においては、実施例１にて製造されたものより
も硬度が低減された化学機械研磨用微粒子を製造した。

【００４３】具体的には、先ず、１ｌの純水に、１０ｍ
ｌのｎ−ヘキサンを、１ｍｌのステアリン酸を添加して
撹拌し、ミセルを形成した。なお、形成されたミセルの
大きさは、平均１０ｎｍであった。その後、テトラエト
キシシラン５ｍｌとテトラメトキシゲルマニウム５ｍｌ
を添加して、上記ミセル内に分散させた後、１００℃に
加熱した。これによって、ミセル内へ水が浸透し、加水
分解反応が進行して、Ｓｉ酸化物系化合物とＧｅ酸化物
系化合物との混合物が生成した。

【００４４】反応終了後、上記混合物を水洗し、ｎ−ヘ
キサンおよびステアリン酸を除去し、続いて、得られた
混合物を７００℃にて３０分焼成した。

【００４５】上述のようにして、Ｓｉ酸化物系化合物と
Ｇｅ酸化物系化合物との混合物よりなる化学機械研磨用
微粒子が得られた。なお、光散乱法にて粒径を測定した
結果、１０ｎｍ±５０％であり、電子顕微鏡にて観察し
たところ、形状は略真球状であった。

【００４６】なお、Ｓｉの酸化物系材料に比して、Ｇｅ
の酸化物系材料は硬度が低いため、上述のようにして得
られた化学機械研磨用微粒子は、実施例１にて製造され
たものよりも硬度が低減されたものとなった。

【００４７】実施例４本実施例においては、実施例１にて製造されたものより
も硬度の高い化学機械研磨用微粒子を製造した。

【００４８】具体的には、先ず、１ｌの純水に１０ｍｌ
のｎ−ヘキサン、０．５ｍｌのペンタエリスリトールモ
ノステアリン酸エステルを添加して撹拌し、ミセルを形
成した。なお、形成されたミセルの大きさは、平均１０
ｎｍであった。その後、テトラメチルシクロテトラシロ
キサンを１０ｍｌ添加して、上記ミセル内に分散させた
後、１００℃に加熱した。これによって、ミセル内へ水
が浸透し、加水分解反応が起こり、Ｓｉ酸化物系化合物
の生成が開始された。さらに、本実施例においては、３
０分後、トリターシャルブトキシアルミニウムを１０ｍ
ｌ添加して、上記ミセル内に分散させた。これにより、
トリターシャルブトキシアルミニウムの加水分解反応が
起こり、ミセル内のＳｉ酸化物系化合物よりなる微粒子
の周囲にＡｌ酸化物系化合物が生成した。

【００４９】反応終了後、上記混合物を水洗し、ｎ−ヘ
キサンおよびペンタエリスリトールモノステアリン酸エ
ステルを除去し、続いて、得られた混合物を８００℃に
て３０分焼成した。

【００５０】上述のようにして、Ｓｉ酸化物系化合物よ
りなる微粒子がＡｌ酸化物系化合物に被覆されてなる化
学機械研磨用微粒子が得られた。なお、光散乱法にて粒
径を測定した結果、１０ｎｍ±５０％であり、電子顕微
鏡にて観察したところ、形状は略真球状であった。

【００５１】なお、Ｓｉの酸化物系材料に比して、Ａｌ
の酸化物系材料は硬度が高いため、上述のようにして得
られた化学機械研磨用微粒子は、実施例１にて製造され
たものよりも高い研磨力を有するものとなった。

【００５２】実施例５本実施例では上述したようにして製造された化学機械研
磨用微粒子を用いた研磨方法について説明する。

【００５３】ここで、実際の研磨方法の説明に先立ち、
この研磨に用いる研磨装置の構成例について、図１を参
照しながら説明する。この研磨装置は、基板２５の被研
磨面を下にしてこれを保持する基板保持部と、該基板保
持部の下方に位置し、該基板保持部に保持された基板２
５と摺接させる基板研磨部とから構成される。

【００５４】上記基板保持部は、基板２５を密着保持す
る基板載置面を有し金属材料よりなる基板保持台２６、
図示しないモータ等の駆動機構により該基板保持台２６
を回転可能となす保持台回転軸２７よりなる。

【００５５】一方、基板研磨部は、スラリー２２を載置
するための研磨布２８、この研磨布２８が張着された回
転定盤２３、図示しないモータ等の駆動機構により上記
回転定盤２３を回転可能となす定盤回転軸２４、スラリ
ー２２を研磨布２８上に供給するためのスラリー供給管
２１よりなる。

【００５６】このような研磨装置を用いて実際に研磨を
行うには、先ず、実施例１のようにして製造された化学
機械研磨用微粒子をｐＨ１０．０のＫＯＨ水溶液に３０
重量％分散させてスラリー２２を調製しておく。一方、
基板保持台２６に基板２５を保持させ、これを保持台回
転軸２７の周りに回転させ、回転定盤２３も定盤回転軸
２４の周りに回転させる。そして、上述のようにして調
製されたスラリー２２をスラリー供給管２１より研磨布
２８上に供給し、下記のような研磨条件にて、基板２５
の被研磨面と研磨布とを摺接させることによって、基板
２５の被研磨面を研磨する。

【００５７】研磨条件回転定盤の回転数３７ｒｐｍ基板保持台の回転数１７ｒｐｍ研磨圧力５．５×１０³Ｐａスラリー流量２２５ｍｌ／分

【００５８】ここでは、上述の研磨方法をトレンチアイ
ソレーションの形成工程における絶縁膜の除去に適用し
た。この工程について、図２〜図４を用いて説明する。
先ず、図２に示されるように、シリコン基板１１上に薄
いシリコン酸化膜１２およびシリコン窒化膜１３を形成
した後、フォトリソグラフィおよび反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）により溝１５を形成し、その後、熱酸化
により溝１５の底面および側面に内壁酸化膜１４を形成
した。

【００５９】次いで、図３に示すように、下記のＣＶＤ
条件にて酸化シリコン膜を成膜し、ウェハ全面に絶縁膜
１６を形成した。

【００６０】酸化シリコン膜の成膜条件原料ガスＴＥＯＳ１０００ｓｃｃｍ（Ｈｅバブリング）Ｏ₃ ２０００ｓｃｃｍ圧力７９８００Ｐａ（６００Ｔｏｒｒ）温度３９０℃

【００６１】その後、上述のようにして形成された絶縁
膜１６の凸部を研磨除去するために、ウェハを研磨装置
の基板保持台２６に保持した。そして、上述した研磨方
法にてウェハの被研磨面の研磨を行った。

【００６２】これにより、図４に示されるように、シリ
コン窒化膜１３をストッパーとして溝１５より上方の絶
縁膜１６が除去された。なお、ウェハの被研磨面にはス
クラッチの発生が見られず、その後、ＨＦ水溶液による
スラリーの除去を行っても、ウェハ表面が粗面化するこ
とがなかった。

【００６３】以上のようにしてウェハの研磨がなされる
ことにより、絶縁膜１６が溝１５の内部に埋め込まれた
状態となり、スクラッチがなく、且つ、十分に平坦化さ
れた状態にてトレンチアイソレーションが形成できた。

【００６４】実施例６本実施例においては、実施例５に示された研磨方法より
も研磨力が抑えられた研磨方法について説明する。

【００６５】具体的には、実施例５に示したと同様の研
磨装置を用い、実施例１にて製造された化学機械研磨用
微粒子の代わりに実施例３にて製造された化学機械研磨
用微粒子を用いてスラリー２２を調製した以外は、研磨
条件等も実施例５と同様として研磨を行う。

【００６６】実施例３にて製造された化学機械研磨用微
粒子は、実施例１にて製造されたものよりも硬度が小さ
いので、本実施例の研磨方法によって研磨を行うと、実
施例５に示された研磨方法よりも、研磨力が抑えられた
研磨がなされる。

【００６７】ここでは、この研磨方法を、トレンチアイ
ソレーションの形成工程において、実施例５に示された
絶縁膜１６よりも軟質のものを除去するのに適用した。
具体的には、溝１５を形成し、この底面および側面に内
壁酸化膜１４を形成する工程までは、実施例５と同様に
して行い、次いで、下記のＣＶＤ条件にてウェハ全面に
絶縁膜１６を形成した。

【００６８】酸化シリコン膜の成膜条件原料ガスＴＥＯＳ１０００ｓｃｃｍ（Ｈｅバブリング）ＴＭＰ５０ｓｃｃｍＴＭＢ２０ｓｃｃｍＯ₃ ２０００ｓｃｃｍ圧力７９８００Ｐａ（６００Ｔｏｒｒ）温度３９０℃

【００６９】なお、成膜された絶縁膜１６は実施例５に
て成膜されたものより軟質のＢＰＳＧとなった。

【００７０】その後、上述のようにして形成された絶縁
膜１６の凸部を研磨除去するために、ウェハを研磨装置
の基板保持台２６に保持し、上述した研磨方法を適用し
て、ウェハの被研磨面の研磨を行った。

【００７１】これにより、図４に示されるように、シリ
コン窒化膜１３をストッパーとして溝１５より上方の絶
縁膜１６が除去された。なお、軟質のＢＰＳＧを研磨し
たにもかかわらず、ウェハの被研磨面にはスクラッチの
発生が見られず、その後、ＨＦ水溶液によるスラリーの
除去を行っても、ウェハ表面が粗面化することがなかっ
た。

【００７２】以上のようにしてウェハの研磨がなされる
ことにより、絶縁膜１６が溝１５の内部に埋め込まれた
状態となり、スクラッチがなく、且つ、十分に平坦化さ
れた状態にてトレンチアイソレーションが形成できた。

【００７３】以上、本発明に係る化学機械研磨用微粒
子、その製造方法、これを用いた研磨方法について説明
したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではな
く、例えば、化学機械研磨用微粒子の構成材料や製造方
法についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変
形変更可能である。また、使用される研磨装置において
も、研磨の面内均一性を向上させるために、回転定盤や
基板保持台を部分的に温度制御可能とする等の変形が可
能である。さらに、研磨方法においては、実施例１およ
び実施例３にて示した化学機械研磨用微粒子を用いた例
のみを挙げたが、もちろん、実施例２や実施例４によっ
て製造された化学機械研磨用微粒子を用いてもよい。

【００７４】また、本発明に係る研磨方法を適用してト
レンチアイソレーションの形成を行うに際して、ストッ
パーとして使用できる材料はシリコン窒化膜に限られ
ず、絶縁膜よりも研磨レートが遅い材料であればよい
し、絶縁膜を構成する酸化シリコン膜の成膜条件等も特
に限定されない。

【００７５】また、本発明に係る研磨方法は、トレンチ
アイソレーションの形成以外にも、上下配線間の接続を
図るための接続孔に導電材料を埋め込む、いわゆる埋め
込みプラグを形成する場合にも有効である。さらに、層
間平坦化膜の形成等に適用されてもよく、高い研磨レー
トを確保しつつ、基板へのダメージが抑制された研磨を
行うに際していずれの場合に適用されてもよい。

【００７６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
を適用すると、粒径が均一で、形状が略真球状の化学機
械研磨用微粒子を製造でき、さらに、この化学機械研磨
用微粒子の硬度も調整することができる。このため、こ
れをスラリーに用いると、基板の被研磨面へ物理的損傷
を与えることなく、最適化された研磨力にて研磨が行え
る。

【００７７】したがって、本発明を半導体装置の製造プ
ロセスにおける平坦化に適用すると、損傷を与えること
なく、十分な平坦化を図ることが可能となるため、半導
体装置の多層配線化を進め、さらなる高集積化をも可能
とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる研磨装置の一構成例を示す模式
図である。

【図２】トレンチアイソレーションの形成工程におい
て、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜が形成されたシリ
コン基板に溝を形成し、溝の底面および側面に内壁酸化
膜が形成された状態を示す断面図である。

【図３】図２のウェハに対して絶縁膜を形成した状態を
示す断面図である。

【図４】図３のウェハの絶縁膜をシリコン窒化膜が露出
するまで研磨した状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１１シリコン基板１２シリコン酸化膜１３シリコン窒化膜１４内壁酸化膜１５溝１６絶縁膜２１スラリー供給管２２スラリー２３回転定盤２４定盤回転軸２５基板２６基板保持台２７保持台回転軸２８研磨布

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−115932（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−86186（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−74911（ＪＰ，Ａ) 特開平３−76020（ＪＰ，Ａ) 特開平１−113485（ＪＰ，Ａ) 特開平１−289842（ＪＰ，Ａ) 特公昭57−58775（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C09K 3/14 H01L 21/304 C01B 33/00 - 33/193

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属−酸素原子間結合を有する少なくと
も１種類の有機金属化合物を水相中に形成したミセル内
に分散させ乳化重合させて金属酸化物系化合物を生成
し、粒度分布が平均粒度±５０％以内に抑えられ、形状
が略真球状に形成された化学機械研磨用微粒子を生成す
ることを特徴とする化学機械研磨用微粒子の製造方法。
【請求項２】金属−酸素原子間結合を有する少なくと
も２種類の有機金属化合物を水相中に形成したミセル内
に分散させ乳化重合させて硬度の異なる２種類以上の金
属酸化物系化合物を生成し、粒度分布が平均粒度±５０
％以内に抑えられ、形状が略真球状に形成された化学機
械研磨用微粒子を生成することを特徴とする化学機械研
磨用微粒子の製造方法。
【請求項３】金属−酸素原子間結合を有する有機金属
化合物を水相中に形成したミセル内に分散させ乳化重合
させて相対的に硬度の小さい金属酸化物系化合物の微粒
子を生成し、上記ミセル内で上記金属酸化物系化合物の
微粒子の周囲に、金属−酸素原子間結合を有する有機金
属化合物を分散させ、上記金属酸化物系化合物の微粒子
の硬度よりも相対的に硬度が大きい金属酸化物系化合物
の層を乳化重合により生成し、平均粒度±５０％以内に
抑えられ、形状が略真球状に形成された化学機械研磨用
微粒子を生成することを特徴とする化学機械研磨用微粒
子の製造方法。
【請求項４】重合停止剤を添加することにより上記乳
化重合を停止させ、前記金属酸化物系化合物の粒度を制
御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちい
ずれか１項に記載の化学機械研磨用微粒子の製造方法。
【請求項５】上記有機金属化合物がＳｉ−Ｏ結合を有
する有機Ｓｉ化合物であることを特徴とする請求項１乃
至請求項４のうちいずれか１項に記載の化学機械研磨用
微粒子の製造方法。
【請求項６】上記有機金属化合物を乳化重合させた
後、乳化重合させた上記有機金属化合物を水洗し、水洗
した上記有機金属化合物を焼成することを特徴とする請
求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の化学機械研
磨用微粒子の製造方法。
【請求項７】請求項１乃至請求項３のいずれか１項に
記載の化学機械研磨用微粒子の製造方法によって生成さ
れた化学機械研磨用微粒子を含有するスラリーを用いて
基板の化学機械研磨を行い、該基板の平坦化を行うこと
を特徴とする研磨方法。